高考申論題
112年
[天文] 天文學
第 一 題
📖 題組:
關於星系與宇宙論,請回答下列問題:
關於星系與宇宙論,請回答下列問題:
📝 此題為申論題,共 4 小題
小題 (一)
現代宇宙論觀測得知,我們的宇宙年齡約為138億年,但又說可觀測宇宙半徑為465億光年,請問為何有此差距?(10分)
思路引導 VIP
看到此題,應立即聯想到「宇宙膨脹(Cosmological Expansion)」與「共動距離(Comoving Distance)」的核心概念。解題時須明確區分「光行時間(光旅行的時間)」與「當前物理距離(空間膨脹後的現有距離)」,並扼要說明空間本身的膨脹不受狹義相對論光速極限的限制。
小題 (二)
什麼是奧伯斯悖論(Olbers' Paradox)?什麼原因使得奧伯斯悖論不成立?(10分)
思路引導 VIP
面對奧伯斯悖論,首先應從「古典宇宙模型」的假設(無限大、無限老、靜態且均勻分佈)切入,點出在此前提下光通量積分會導致夜空無限亮的矛盾。接著,運用現代宇宙論(大霹靂理論)的核心概念——「宇宙年齡有限(光旅行距離受限)」與「宇宙膨脹(紅移導致光子能量降低)」來打破古典假設,解釋悖論為何不成立。
小題 (三)
在活躍星系核中,有些的光譜能同時看到寬譜線與窄譜線,如西佛I型與寬譜線無線電波星系,有些的光譜只能看到窄譜線,如西佛II型與窄譜線無線電波星系,請問原因為何?(10分)
思路引導 VIP
考生看到此題應立刻聯想到「活躍星系核的統一模型 (Unified Model of AGN)」。解題關鍵在於說明 AGN 內部的物理結構(寬線區、窄線區、塵埃環),並利用「觀測視角(Viewing Angle)」的幾何遮蔽效應來解釋光譜特徵的差異。
小題 (四)
天文學家已觀測到M87與銀河系中心的大質量黑洞剪影,請問天文學家是如何觀測到的?(5分)
思路引導 VIP
看到黑洞剪影觀測,應立即聯想到「事件視界望遠鏡(EHT)」與「特長基線干涉測量法(VLBI)」。答題需點出核心觀測技術(全球連線提高角解析度)、觀測波段(穿透塵埃的毫米波)以及後端龐大數據的影像重建過程。